Vad är reaktiv sputtering?
Reaktiv förstoftning är en variation av plasmasprutningsprocessen som används för att avsätta en tunn film på ett substratmaterial. I denna process släpps ett målmaterial, såsom aluminium eller guld, till en kammare med en atmosfär gjord av en positivt laddad reaktiv gas. Denna gas bildar en kemisk bindning med målmaterialet och avsätts på ett substratmaterial som en förening.
Medan normal plasmasprutning äger rum i en vakuumkammare som har upphävts från en atmosfär, sker reaktiv sputtring i en vakuumkammare med en lågtrycksatmosfär som består av en reaktiv gas. Specialpumpar på maskinen tar bort den normala atmosfären, som är gjord av kol, syre och kväve bland andra spårelement, och fyll kammaren med en gas, såsom argon, syre eller kväve. Den reaktiva gasen i den reaktiva förstoftningsprocessen har en positiv laddning.
Målmaterialet, såsom titan eller aluminium, släpps sedan in i kammaren, även i form av en gas, och utsätts för ett magnetiskt fält med hög intensitet. Detta fält förvandlar målmaterialet till en negativ jon. Det negativt laddade målmaterialet lockas till det positivt laddade reaktiva materialet, och de två elementen binds innan de sätter sig på underlaget. På detta sätt kan tunnfilmer tillverkas av föreningar såsom titan-nitrid (TiN) eller aluminiumoxid (Al2O3).
Reaktiv förstoftning ökar kraftigt hastigheten med vilken en tunn film kan tillverkas av en förening. Medan traditionell plasmasprutning är lämplig när man skapar en tunn film av ett enda element, tar det sammansatta filmer lång tid att bildas. Att tvinga kemikalierna att binda som en del av tunnfilmprocessen hjälper till att snabba hastigheten vid vilken de sätter sig på underlaget.
Trycket inuti den reaktiva förstoftningskammaren måste hanteras noggrant för att maximera tillväxten av den tunna filmen. Vid låga tryck tar filmen lång tid att bildas. Vid högt tryck kan den reaktiva gasen "förgifta" målytan, vilket är när målmaterialet får sin negativa laddning. Detta minskar inte bara tillväxthastigheten för den tunna filmen på underlaget under, utan ökar också förgiftningshastigheten; ju färre negativa partiklar det är, desto färre kemiska bindningar kan de bilda med den positivt laddade reaktiva gasen och därmed, desto mer reaktiv gas finns det att förgifta målytan. Övervakning och justering av trycket i systemet hjälper till att förhindra denna förgiftning och gör det möjligt för den tunna filmen att växa snabbt.